钢铁冶炼新技术讲座

渣, 控制液面高度, 防止卷渣。
2
超低氮钢精炼 氮在钢中的作用具有二重性: 做为固溶强化元素提
高钢材的强度; 做为间隙原子显著降低钢的塑性。
对于深冲钢, 一般要求控制[N]≤25×10- 6。冶炼 超低N 钢主要依靠真空脱气, 但真空脱N 效率不高。 对于RH 生产[N]≤30×106
的超低N 钢有很大困难,
(3) 严格控制夹杂物的粒度, 避免大型夹杂物出现。
1.2 低氧钢精炼工艺。
(1) 精确控制炼钢终点, 实现高碳出钢, 防止钢水过氧化。
(2) 严格控制出钢下渣量, 碱度R≥3.5, 渣中Al2O3为
25%～30%, ( FeO+MnO) ≤1.0%( 最好 <0.5%) , 实现炉渣对钢水的扩散脱氧, 同时完成脱 硫任务。 (3) 白渣精炼后, 喂入Si- Ca 线。
钢水的精炼提纯任务(AOD 炉不是在钢包内进行) ,故又 可将电弧炉、转炉成为初炼炉。精炼炉始于电弧炉外的 钢包精炼炉, 20 世纪90 年代推广于氧气顶吹转炉的钢 包精炼炉。 近20 年工业发达国家要求提高钢材的纯净度改善 钢材的性能, 例如: 为提高轴承钢的疲劳寿命, 要求控制
钢中T[O]≤10×10- 6;为保证深冲钢的深冲性,要求控
(3) 钢水升温和控温功能, 精确控制钢水温度。
(4) 合金化功能, 对钢水实现窄成分控制。 (5) 生产调节功能, 均衡、衔接炼钢———连铸的节奏。 见表1。
2 、精炼技术
(1) 渣洗精炼: 精确控制炉渣成分, 通过渣—钢反应实现对
钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除钢中 夹杂物。 渣洗精炼可分为炉渣改质( 加入炉渣改质剂, 如 CaO- Al 系或CaO- CaC2- Al 系) 及合成渣洗。可使钢
电极消耗≤1Kg/t. 2、措施：超高功率供电，比功率达到1000KVA/t,强化冶炼, 供O2强度达到0.8-1.0Nm3/t.min,提高化学能输入。 废钢预热，平均预热温度≥600℃。连续加料，缩短加 料时间。提高炉龄，缩短补炉时间。
炉 外
精 炼
炉外精炼
概述
炉外精炼是指在电弧炉、转炉之外的钢包内完成对
（EBT和RBT）等新技术，使电弧炉终点钢水的气体含量
（N.H.O)、
非金属夹杂物含量也大幅下降，无疑提高了钢水的质量。
新的电弧炉废钢预热技术（SSF 坚式电炉、con-steel 康钢 电炉、 danieei丹尼利电炉)降低电炉电极消耗的直流炉、高 阻抗交流炉及泡沫渣等技术、氧焰烧嘴技术、超高功率等技 术的投入使电弧炉冶炼电耗一般降至400Kh/t 左右, 电极消 耗从原4-5Kg/t 降至1-2Kg/t、冶炼周期一般在50min 以下. 随着环保治理从控制污染排放总量和末端治理阶段已进入实
年我国的钢铁企业已基本装备了各种不同类型的精炼
炉。
一、炉外精炼的冶金功能及精炼技术
1 、冶金功能 (1) 熔池搅拌功能, 均匀钢水成分和温度, 保证钢材质量均匀 。可通过惰性气体、电磁、机械等方法搅拌。 (2) 提纯精炼功能, 通过钢渣反应, 真空冶炼以及喷射冶金等 方法, 去除钢中S、P、C、N、H、O 等杂质和夹杂物, 提 高钢水纯净度。
采用以下措低钢中S、O 含量, 因表面活性元
素S、O 的存在会明显降低脱N 效率。 (2) 改善RH 真空密封结构, 防止大气中N2 向钢中渗透、扩 散。 (3) 喷吹还原气体如H2, 有利于提高脱N 速度。 (4) 喷吹细小Fe2O3 粉末, 有利于真空脱N。
1.2
初炼炉———精炼炉———连铸生产能力匹配
转炉因生产周期短、节奏快、适宜选用CAS 或RH
电炉冶炼, 周期一般60 min, 可选用LF 或VD。 1.3 提高炉外精炼比 针对目前多数钢厂增设了炉外精炼设备后使用 率不高的问题, 因此对非真空精炼的LF 炉、CAS- OB 炉设备日历作业率应>90%, 真空精炼设备的RH、VD 等设备作业率应>60%。而整个炼钢厂炉外精炼比应> 95%, 当然应注意钢种适路、生产节奏匹配, 设备维修 和生产成本。
水[S]%控制在10×10- 6 以下。
(2) 真空精炼, 在真空条件下实现钢水的提纯精炼。
通常工作压力≥50 Pa, 适用于对钢液脱气、脱碳和
用碳脱氧等反应过程。
(3) 喷射冶金, 通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深 处, 造成熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗粒 上浮过程中发生熔化、熔解, 完成固—液反应, 提高 精炼效果。当渣中Fe<0.5%, 炉渣碱度R≥8 时,
把转炉的工艺优势移植过来，电炉的冶炼周期大大缩短，
目前均在45min 左右( 故电炉顶吹氧、热装铁水、电炉双 炉壳很快得到推广。
4、 电弧炉钢产量大幅增长
在上述三项电炉自身工艺变化的同时，随着社会发电 技术，能力的增长（核电站、水力发电等）及社会废钢量 的增加， 直接还原铁DRI、HBI、Fe3C 技术工艺的发展, 都为电弧炉快速发展提供了条件. 因此,世界各国电弧炉钢 产量由1950 年占世界总产钢量的6.5%增至1990 年的 27.5% , 2003 年的36%.
三、洁净钢精炼
1 低氧钢精炼
1.1 硬线钢丝、钢轨、轴承钢、弹簧钢等中、高碳合金钢、优
质钢, 对钢中夹杂物有严格的要求, 为保证钢材质量, 必
须采用低氧钢精炼工艺, 要求; (1) 严格控制钢中总氧含量T[O]≤25×10- 6, 对轴承钢为提 高钢材的疲劳寿命, 要求T[O]≤10×10- 6。 (2) 严格控制夹杂物形态, 避免出现脆性Al2O3 夹杂物。如, 硬线钢要求控制钢中Al2O3≤25%, 为此需控制钢水含Al 量 ≤4×10- 6, 即采用无铝脱氧工艺。
由于真空脱N 的效率不高, 因此超低N 钢的冶炼
必须通
过炼钢全流程进行控制, 特别是生产[N]≤20×10-6 的超低N 钢应综合采取下述措施: (1) 提高转炉脱碳强度, 保持炉内微正压, 用CO 洗涤钢水, 实 现脱N。 (2) 改善终点操作, 提高终点脱碳速度和终点命中率, 减少倒 炉次数。
(4) 冶炼轴承钢等超低氧钢( T[O]<10×10-6) 时, LF 炉白 渣精炼后应采用VD炉真空脱气, 脱硫之后加Al 深脱氧, 喂Si-Ca线变性处理。 (5) 连铸钢水过热度≤20℃, 波动在≤±10℃, 防止中心疏
松和成分偏析。
(6) 连铸全程保护浇注, 使用低粘度保温性能好的速溶保护
目前, 较多采用公称炉容量80-120万t 左右的电弧炉，
从趋势看炉容量仍在提高。变压器向超高功率发展 （1000KVA/t)。
3 、 电炉转炉化
氧气顶吹转炉依靠铁水为原料，吹氧冶炼故冶炼周期短 （20min左右） ，产量高，即获得了比电炉高的多的生产 率和生产速率( 科技工作者在20 世纪50年代在电弧炉上吹 氧（炉门和炉顶）兑入约30%~50%的铁水（EOF 炉），
施清洁生产阶段，要求电弧炉采取措施使废气、烟尘、燥声
达标之外，还应减少污染源及对CO、NOX、二恶英、SO2的 治理措施( 在采用直流电弧炉和高阻抗低电流的技术后使电弧 炉闪烁、高次谐波的电网污染也大大减少。
二、电弧炉近期目标及技术措施
1、 目标：生产率达7000 炉次/年，通电时间缩短到20～
25min,冶炼周期≤45min ,冶炼电耗(全废钢) ≤350KWh/t,
2 炉外精炼设备的配套条件 2.1 出钢挡渣工艺, 要求钢包下渣量<30 mm 厚。
2.2 出钢时钢包渣改质技术, 要求炉渣改质后包渣碱度R≥2.5,
( FeO+MnO) ≤3%, 注意Al2O3 夹杂物的数量、颗粒度。 2.3 钢包全程保护浇注技术, 防止钢水二次氧化、吸N2。 2.4 钢水保温技术, 大包、中包高温烘烤, 加盖加保温剂。 2.5 大包自动开浇, 一次开浇率≥90%, 底吹Ar 开吹率≥95%。 2.6 耐火材料、保护渣配套, 防止钢水吸O2, 吸N2 和增碳。
5、提质、降耗、防污染使电弧炉获得新的活力
电弧炉使用废钢为原料与使用高炉铁水的转炉相比， 总能耗是高炉-转炉工艺的1/2～1/3。 从两种工艺排放 出的CO2气体污染源的数量看， 电弧炉为641kg/t钢, 高炉-转炉工艺为1922kg/t钢,是高炉-转炉工艺的1/3. 电弧炉在上述优势的基础上,近几年加之采用的钢 水搅拌(电磁搅拌、底吹Ar 气、直流炉等）、炉底出钢
(3) 沸腾出钢, 防止出钢时钢水吸N2。
(4) 真空下进一步降低钢水S、O 含量, 采取措施提高真空脱N
的效率。
(5) 完善精炼钢水的保护浇注, 避免二次吸N2。
3 超低硫钢的冶炼 石油管线钢一般要求600～700 MPa 的强度, 还要求
具有良好的抗HIC( 氢致裂纹) 和抗SSCC( 硫应力致裂
钢—渣间硫的分配比可达500, 脱硫率达80%以上,
处理终点硫可<10×10- 6。
二、炉外精炼设备的选型及配置条件
1 选型原则 1.1 以钢种为中心, 正确选择精炼设备 CAS- OB 是最简单的非真空精炼设备, 多适用于 普碳钢、低合金钢等以化学成分交货的钢种。 LF有很强的清洗精炼和加热功能, 适宜冶炼低氧 钢、低硫钢和高合金钢。 VD脱碳能力弱( 受钢包净高度的限制) , 具备一定 的钢渣精炼功能, 适宜生产重轨、轴承、齿轮等气体含 量和夹杂物要求严格的优质钢种。 RH脱碳能力强, 适宜大量生产超低碳钢、IF 钢 ( 低N 无间隙钢) 。 VOD、AOD 等门用于生产不锈钢。 此外, 经常采用不同功能的精炼炉组合使用, 如 CAS- RH LF- RH LF- VD AOD- VOD。
钢铁冶炼新技术讲座
-----电弧炉炼钢的时代特点 及炉外精炼
主讲人: 王国宣 2005年7月
一、 电弧炉炼钢的时代特点
1、变为初炼炉
进入20 世纪80年代后，随着炉外精炼技术、工艺、装